Hasil biodegradasi lignoselulosa pelepah kelapa sawit oleh phanerochaete chrysosporium sebagai antioksidan dan bahan pakan ternak ruminansia
HASIL BIODEGRADASI LIGNOSELULOSA PELEPAH
KELAPA SAWIT (Elaeis guineensis) OlehPhanerochaete
chrysosporium SEBAGAI ANTIOKSIDAN DAN BAHAN PAKAN
TERNAK RUMINANSIA
AFNUR IMSYA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Hasil Biodegradasi
Lignoselulosa Pelepah Kelapa Sawit Oleh Phanerochaete chrysosporium Sebagai
Antioksidan dan Bahan Pakan Ternak Ruminansia adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor
Bogor, Agustus 2013
Afnur Imsya
NRP. D162100011
RINGKASAN
AFNUR IMSYA. HasilBiodegradasi Lignoselulosa Pelepah Kelapa Sawit (Elaeis
guineensis) oleh Phanerochaete chrysosporium sebagai Antioksidan dan Bahan
Pakan Ternak Ruminansia. Dibawah Bimbingan ERIKA BUDIARTI LACONI,
KOMANG G WIRYAWAN AND YANTYATI WIDYASTUTI
Lignoselulosa merupakanbagian dari biomassa yang terdapat pada tanaman.
Komponen utama lignoselulosa adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin Polimer
selulosa, hemiselulosa dan lignin terjalin dengan kuat dan secara kimia berikatan
melalui kekuatan non-kovalen dan saling bertautan melalui ikatan
kovalen.Phanerochaete chrysosporiumtelah secara luas dimanfaatkan untuk proses
biodegradasi lignoselulosa yang terdapat pada limbah pertanian dan menghasilkan
peningkatan nilai gizi bagi pakan ternak. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
hasil dari proses biodegradasi lignoselulosa pelepah sawit menggunakan P.
chrysosporiumsebagai antioksidan dan bahan pakan ternak.
Penelitian pertama dilakukan untuk menentukan waktu inkubasi terbaik dari
proses biodegradasi lignoselulosa dan lignin yang berasal dari pelepah sawit
menggunakan P. chrysosporium untuk menghasilkan antioksidan dan
mengidentifikasi senyawa fenol yang memiliki aktivitas antioksidan. Pelepah sawit
dan lignin (hasil ekstraksi dari pelepah sawit) diinokulasi dengan
P.
chrysosporiumdan diinkubasi pada suhu ruang selama 0, 4, 8, 10 dan 12 hari, setiap
waktu inkubasi dilakukan 2 kali pengulangan.Identifikasi senyawa fenolik dilakukan
dengan GC-MS dan aktivitas antioksidan dari biodegradasi lignoselulosa dan lignin
dari pelepah sawit dilakukan dengan menggunakan metode α,α-Diphenyl-βPicrylhydrazyl (DPPH).
Penelitian kedua dilakukan untuk mengetahui interaksi terbaik dari dosis
inokulan dan waktu inkubasi biodegradasi pelepah sawit dengan
P.chrysosporiumterhadap perubahan nilai gizi dan fraksi serat pelepah
sawit.Penelitian dilakukan dengan menggunakan rancangan acak lengkap pola
faktorial.Perlakuan terdiri dari 2 faktor yaitu dosis inokulan (105cfu/ml, 106cfu/ ml,
and 107cfu/ml) dan lama inkubasi (10, 15, dan 20 hari).
Penelitian ketiga bertujuan untuk mengetahui pemakaian pelepah sawit
fermentasi menggunakan P.chrysosporiumpengganti rumput gajahdalam ransum sapi
potong.Penelitian menggunakan rancangan acak kelompok dengan 4 perlakuan.
Perlakuan terdiri ransum 1 (R1) 60% rumput gajah, ransum 2 (R2) 40% rumput
gajah 20% pelepah sawit fermentasi, ransum 3 (R3) 20%rumput gajah 40% pelepah
sawit fermentasi dan ransum 4 (R4) 60 % pelepah sawit fermentasi. Setiap ransum
ditambah 40% konsentrat.Parameter yang diukur adalah kecernaan in vitrodari bahan
kering, bahan organik, NDF, ADF, serat kasar, konsentrasi N-NH3,TVFA, jumlah
bakteri selulolitik, protozoa dan aktivitas antioksidan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa biodegradasi pelepah sawit dengan lama
inkubasi sampai hari ke-10 menghasilkan peningkatan persentase inhibisi yang
digunakan sebagai gambaran aktivitas antioksidan, namun pada hari ke-12 degradasi
terjadi penurunan aktivitas antioksidan. Pola yang sama diperoleh pada degradasi
lignin yang berasal dari ekstraksi pelepah sawit. Persentase inhibisi yang dihasilkan
pada hari ke-10 degradasi lignoselulosa pelepah sawit adalah 89.41%, sementara
untuk degradasi lignin persentase inhibisi yang dihasilkan adalah 92.11%.Degradasi
lignin pada 10 hari fermentasi ditemukan komponen terbesar dari senyawa fenol
berupa 2.6dimethoxy phenol, Vanilic acid, Coumaric acid, Vanilin acid and Syringic
aldehid, sementara pada pelepah sawit fermentasi diperoleh komponen terbesar
senyawa fenol berupa Syringic acid, 2.6dimethoxy phenol, Hidroxy Benzaldehyd,
Methoxy Phenol and Syringic aldehid
Pada penelitian ke-2 diperoleh bahwa interaksi terbaik untuk biodegradasi
pelepah sawit denganP.crhysosoporium terjadi pada dosis inokulan 107cfu/ml dengan
lama inkubasi 10 hari terhadap fraksi serat dan nutrient pelepah sawit fermentasi.
Penurunan kandungan lignin mencapai 47.79%, NDF 40.16%, ADF 40.93%, selulosa
35.69%, hemiselulosa 36.90%, degradasi lignin 49.47%,rasio selulosa dengan
lignin1.35. Tidak terdapat interaksi antara dosis inokulan dan lama inkubasi terhadap
kandungan bahan kering, bahan organik, protein kasar, serat kasar, lemak kasar dan
BETN fermentasi pelepah sawit. Pada percobaan In vitro, hasil penelitian
menunjukkan bahwa peningkatan pemakaian pelepah sawit fermentasi sampai 60%
dalam ransum menggantikan rumput gajah menurunkan kecernaan bahan kering,
bahan organik, NDF, ADF, serat kasar, konsentrasi N-NH3, TVFA dan jumlah
bakteri selulolitik, namun tidak mempengaruhi total protozoa rumen. Aktivitas
antioksidan yang dihasilkan menunjukkan peningkatan dengan semakin
meningkatnya pemakaian pelepah sawit fermentasi pada inkubasi awal (0 jam)
namun pada 72 jam inkubasi in vitro terjadi penurunan aktivitas dan konsentrasi
antioksidan.
Kesimpulan dari penelitian ini adalah biodegradasi lignoselulosa dan lignin
yang berasal dari pelepah sawit dengan P.chrysosporium menghasilkan senyawa
fenolik yang memiliki aktivitas antioksidan yang tinggi pada hari ke-10 degradasi.
Interaksi terbaik antara dosis inokulan dan lama fermentasi adalah 107cfu/mldan 10
hari
untuk
penurunan
kandungan
lignin
fermentasi
pelepah
sawitolehP.crhysosporium.Pelepah sawit fermentasi bisa digunakan sebagai
pengganti rumput gajah sampai taraf 20% dalam ransum ruminansia.
Kata kunci: antioksidan,lignin, pelepah sawit,phanerochaete chrysosporium, ransum
ruminansia
SUMMARY
AFNUR IMSYA. Biodegradation of Lignocelulosic of Palm Oil Frond (Elacis
guineensis) by Phanerochaete chrysosporium as Antioxidant and Feedstuff for
Ruminant. Under the directions of ERIKA BUDARTI LACONI, KOMANG G
WIRYAWAN AND YANTYATY WIDYASTUTI
Lignocellulose is the major component of biomass, it consists of three types
of polymers, cellulose, hemicelllose and lignin that are stongly intermeshed and
chemically bonded by non-covalent force and by covalent cross linkages.
Phanerochaete chrysosporium was widely used to delignify agriculture waste product
and improve biodegradation of the substrate as animal feed. This research was
conducted to determine the optimum fermentation time of lignin and fermented palm
oil frond with Phanerochaete chrysosporium based on the amount of phenolic
compounds produce, its antioxidant activity and fiber digestibility in ruminant ration.
The first experiment, palm oil frond and lignin (extraction of palm oil frond)
were inoculated with P. chrysosporium and incubated at room temperature for 0, 4, 8,
10 and 12 days. For each incubation time, two replications were employed. The
phenolic compounds in the supernatant was determined by GC-MS and antioxidant
activity test of lignin and palm oil frond fermented products using the method of α,αDiphenyl-β-Picrylhydrazyl (DPPH).
The second experiment was conducted to study the interaction between
inoculant doses and time of fermentation with Phanerochaete chrysosporium on pH,
water activity, fiber components and nutrient. This research was done based on
completely randomized design with 2 factor as treatments. The first factor was
inoculant doses : 105cfu/ml, 106cfu/ ml, and 107cfu/ml, the second factor was length
of fermentation : 10, 15, and 20 days.
The third experiment was carried out to increase the use of palm oil fronds as
a substitute material for Napier grass through biodegradation process with
Phanerochaete chrysosoporium. A randomized completelyblockdesign with four
treatments and four replications was used. The treatments were ration 1 (R1)
containing 60% Napier grass, ration 2 (R2) containing 40% Napier grass and 20%
fermented palm oil frond, ration 3 (R3) containing 20% Napier grass and 40%
fermented palm oil frond, ration 4 (R4) containing 60 % fermented palm oil frond.
Forty percent concentrate was included in all treatment rations. Parameters measured
were in vitro digestibilities of dry matter, organic matter, crude fiber, NDF, and
ADF. N-NH3 and TVFA concentration, number of celllulolitic bacteria and protozoa
rumen and antioxidant activity in the rumen.
Results showed that longer incubation time (up to day 10) of oil palm frond
increased the percentage of inhibition with89.411% inhibitionrate and antioxidant
activity was declined at 12 days of incubation. Similar pattern was obtained from
fermented lignin with 92.108% inhibition rate for 10 days fermentation.On day 10
fermentation, the main components of phenolic compounds resulted from lignin
degradation included 2.6dimethoxy phenol, vanillic acid, coumaric acid, vanillin acid
and syringic aldehid and those from fermented oil palm frond included syringic acid,
2.6dimethoxy phenol, hidroxy benzaldehyd, methoxy phenol, and syringic
aldehid.Dose of 107cfu/ml inoculant and 10 days time of fermentation were most
effectivelyreducing lignin (47.79%), NDF (40.16%), ADF (40.93%), Cellulose
(35.69%), Hemicellulose (36.90%), lignin degradation (49.47%), the ratio of
cellulose to lignin (1.35). There was no interaction between inoculant doses and time
of fermentation on fermented palm oil frond dry matter, organic matter, crude
protein, crude fiber, crude fat and BETN. In vitro experiment showed that incresing
level of fermented palm oil frond in the ration reduced (P
KELAPA SAWIT (Elaeis guineensis) OlehPhanerochaete
chrysosporium SEBAGAI ANTIOKSIDAN DAN BAHAN PAKAN
TERNAK RUMINANSIA
AFNUR IMSYA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Hasil Biodegradasi
Lignoselulosa Pelepah Kelapa Sawit Oleh Phanerochaete chrysosporium Sebagai
Antioksidan dan Bahan Pakan Ternak Ruminansia adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor
Bogor, Agustus 2013
Afnur Imsya
NRP. D162100011
RINGKASAN
AFNUR IMSYA. HasilBiodegradasi Lignoselulosa Pelepah Kelapa Sawit (Elaeis
guineensis) oleh Phanerochaete chrysosporium sebagai Antioksidan dan Bahan
Pakan Ternak Ruminansia. Dibawah Bimbingan ERIKA BUDIARTI LACONI,
KOMANG G WIRYAWAN AND YANTYATI WIDYASTUTI
Lignoselulosa merupakanbagian dari biomassa yang terdapat pada tanaman.
Komponen utama lignoselulosa adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin Polimer
selulosa, hemiselulosa dan lignin terjalin dengan kuat dan secara kimia berikatan
melalui kekuatan non-kovalen dan saling bertautan melalui ikatan
kovalen.Phanerochaete chrysosporiumtelah secara luas dimanfaatkan untuk proses
biodegradasi lignoselulosa yang terdapat pada limbah pertanian dan menghasilkan
peningkatan nilai gizi bagi pakan ternak. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
hasil dari proses biodegradasi lignoselulosa pelepah sawit menggunakan P.
chrysosporiumsebagai antioksidan dan bahan pakan ternak.
Penelitian pertama dilakukan untuk menentukan waktu inkubasi terbaik dari
proses biodegradasi lignoselulosa dan lignin yang berasal dari pelepah sawit
menggunakan P. chrysosporium untuk menghasilkan antioksidan dan
mengidentifikasi senyawa fenol yang memiliki aktivitas antioksidan. Pelepah sawit
dan lignin (hasil ekstraksi dari pelepah sawit) diinokulasi dengan
P.
chrysosporiumdan diinkubasi pada suhu ruang selama 0, 4, 8, 10 dan 12 hari, setiap
waktu inkubasi dilakukan 2 kali pengulangan.Identifikasi senyawa fenolik dilakukan
dengan GC-MS dan aktivitas antioksidan dari biodegradasi lignoselulosa dan lignin
dari pelepah sawit dilakukan dengan menggunakan metode α,α-Diphenyl-βPicrylhydrazyl (DPPH).
Penelitian kedua dilakukan untuk mengetahui interaksi terbaik dari dosis
inokulan dan waktu inkubasi biodegradasi pelepah sawit dengan
P.chrysosporiumterhadap perubahan nilai gizi dan fraksi serat pelepah
sawit.Penelitian dilakukan dengan menggunakan rancangan acak lengkap pola
faktorial.Perlakuan terdiri dari 2 faktor yaitu dosis inokulan (105cfu/ml, 106cfu/ ml,
and 107cfu/ml) dan lama inkubasi (10, 15, dan 20 hari).
Penelitian ketiga bertujuan untuk mengetahui pemakaian pelepah sawit
fermentasi menggunakan P.chrysosporiumpengganti rumput gajahdalam ransum sapi
potong.Penelitian menggunakan rancangan acak kelompok dengan 4 perlakuan.
Perlakuan terdiri ransum 1 (R1) 60% rumput gajah, ransum 2 (R2) 40% rumput
gajah 20% pelepah sawit fermentasi, ransum 3 (R3) 20%rumput gajah 40% pelepah
sawit fermentasi dan ransum 4 (R4) 60 % pelepah sawit fermentasi. Setiap ransum
ditambah 40% konsentrat.Parameter yang diukur adalah kecernaan in vitrodari bahan
kering, bahan organik, NDF, ADF, serat kasar, konsentrasi N-NH3,TVFA, jumlah
bakteri selulolitik, protozoa dan aktivitas antioksidan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa biodegradasi pelepah sawit dengan lama
inkubasi sampai hari ke-10 menghasilkan peningkatan persentase inhibisi yang
digunakan sebagai gambaran aktivitas antioksidan, namun pada hari ke-12 degradasi
terjadi penurunan aktivitas antioksidan. Pola yang sama diperoleh pada degradasi
lignin yang berasal dari ekstraksi pelepah sawit. Persentase inhibisi yang dihasilkan
pada hari ke-10 degradasi lignoselulosa pelepah sawit adalah 89.41%, sementara
untuk degradasi lignin persentase inhibisi yang dihasilkan adalah 92.11%.Degradasi
lignin pada 10 hari fermentasi ditemukan komponen terbesar dari senyawa fenol
berupa 2.6dimethoxy phenol, Vanilic acid, Coumaric acid, Vanilin acid and Syringic
aldehid, sementara pada pelepah sawit fermentasi diperoleh komponen terbesar
senyawa fenol berupa Syringic acid, 2.6dimethoxy phenol, Hidroxy Benzaldehyd,
Methoxy Phenol and Syringic aldehid
Pada penelitian ke-2 diperoleh bahwa interaksi terbaik untuk biodegradasi
pelepah sawit denganP.crhysosoporium terjadi pada dosis inokulan 107cfu/ml dengan
lama inkubasi 10 hari terhadap fraksi serat dan nutrient pelepah sawit fermentasi.
Penurunan kandungan lignin mencapai 47.79%, NDF 40.16%, ADF 40.93%, selulosa
35.69%, hemiselulosa 36.90%, degradasi lignin 49.47%,rasio selulosa dengan
lignin1.35. Tidak terdapat interaksi antara dosis inokulan dan lama inkubasi terhadap
kandungan bahan kering, bahan organik, protein kasar, serat kasar, lemak kasar dan
BETN fermentasi pelepah sawit. Pada percobaan In vitro, hasil penelitian
menunjukkan bahwa peningkatan pemakaian pelepah sawit fermentasi sampai 60%
dalam ransum menggantikan rumput gajah menurunkan kecernaan bahan kering,
bahan organik, NDF, ADF, serat kasar, konsentrasi N-NH3, TVFA dan jumlah
bakteri selulolitik, namun tidak mempengaruhi total protozoa rumen. Aktivitas
antioksidan yang dihasilkan menunjukkan peningkatan dengan semakin
meningkatnya pemakaian pelepah sawit fermentasi pada inkubasi awal (0 jam)
namun pada 72 jam inkubasi in vitro terjadi penurunan aktivitas dan konsentrasi
antioksidan.
Kesimpulan dari penelitian ini adalah biodegradasi lignoselulosa dan lignin
yang berasal dari pelepah sawit dengan P.chrysosporium menghasilkan senyawa
fenolik yang memiliki aktivitas antioksidan yang tinggi pada hari ke-10 degradasi.
Interaksi terbaik antara dosis inokulan dan lama fermentasi adalah 107cfu/mldan 10
hari
untuk
penurunan
kandungan
lignin
fermentasi
pelepah
sawitolehP.crhysosporium.Pelepah sawit fermentasi bisa digunakan sebagai
pengganti rumput gajah sampai taraf 20% dalam ransum ruminansia.
Kata kunci: antioksidan,lignin, pelepah sawit,phanerochaete chrysosporium, ransum
ruminansia
SUMMARY
AFNUR IMSYA. Biodegradation of Lignocelulosic of Palm Oil Frond (Elacis
guineensis) by Phanerochaete chrysosporium as Antioxidant and Feedstuff for
Ruminant. Under the directions of ERIKA BUDARTI LACONI, KOMANG G
WIRYAWAN AND YANTYATY WIDYASTUTI
Lignocellulose is the major component of biomass, it consists of three types
of polymers, cellulose, hemicelllose and lignin that are stongly intermeshed and
chemically bonded by non-covalent force and by covalent cross linkages.
Phanerochaete chrysosporium was widely used to delignify agriculture waste product
and improve biodegradation of the substrate as animal feed. This research was
conducted to determine the optimum fermentation time of lignin and fermented palm
oil frond with Phanerochaete chrysosporium based on the amount of phenolic
compounds produce, its antioxidant activity and fiber digestibility in ruminant ration.
The first experiment, palm oil frond and lignin (extraction of palm oil frond)
were inoculated with P. chrysosporium and incubated at room temperature for 0, 4, 8,
10 and 12 days. For each incubation time, two replications were employed. The
phenolic compounds in the supernatant was determined by GC-MS and antioxidant
activity test of lignin and palm oil frond fermented products using the method of α,αDiphenyl-β-Picrylhydrazyl (DPPH).
The second experiment was conducted to study the interaction between
inoculant doses and time of fermentation with Phanerochaete chrysosporium on pH,
water activity, fiber components and nutrient. This research was done based on
completely randomized design with 2 factor as treatments. The first factor was
inoculant doses : 105cfu/ml, 106cfu/ ml, and 107cfu/ml, the second factor was length
of fermentation : 10, 15, and 20 days.
The third experiment was carried out to increase the use of palm oil fronds as
a substitute material for Napier grass through biodegradation process with
Phanerochaete chrysosoporium. A randomized completelyblockdesign with four
treatments and four replications was used. The treatments were ration 1 (R1)
containing 60% Napier grass, ration 2 (R2) containing 40% Napier grass and 20%
fermented palm oil frond, ration 3 (R3) containing 20% Napier grass and 40%
fermented palm oil frond, ration 4 (R4) containing 60 % fermented palm oil frond.
Forty percent concentrate was included in all treatment rations. Parameters measured
were in vitro digestibilities of dry matter, organic matter, crude fiber, NDF, and
ADF. N-NH3 and TVFA concentration, number of celllulolitic bacteria and protozoa
rumen and antioxidant activity in the rumen.
Results showed that longer incubation time (up to day 10) of oil palm frond
increased the percentage of inhibition with89.411% inhibitionrate and antioxidant
activity was declined at 12 days of incubation. Similar pattern was obtained from
fermented lignin with 92.108% inhibition rate for 10 days fermentation.On day 10
fermentation, the main components of phenolic compounds resulted from lignin
degradation included 2.6dimethoxy phenol, vanillic acid, coumaric acid, vanillin acid
and syringic aldehid and those from fermented oil palm frond included syringic acid,
2.6dimethoxy phenol, hidroxy benzaldehyd, methoxy phenol, and syringic
aldehid.Dose of 107cfu/ml inoculant and 10 days time of fermentation were most
effectivelyreducing lignin (47.79%), NDF (40.16%), ADF (40.93%), Cellulose
(35.69%), Hemicellulose (36.90%), lignin degradation (49.47%), the ratio of
cellulose to lignin (1.35). There was no interaction between inoculant doses and time
of fermentation on fermented palm oil frond dry matter, organic matter, crude
protein, crude fiber, crude fat and BETN. In vitro experiment showed that incresing
level of fermented palm oil frond in the ration reduced (P